OFDM

Fordelingen af ​​underbærere af OFDM-signaler i forhold til amplitude-frekvenskarakteristikaene for FFT-filtrene ( Fast Fourier Transform )

OFDM ( Orthogonal frequency-division multiplexing ) er et digitalt  modulationsskema , der bruger et stort antal tætsiddende ortogonale underbærere ( multipleksing ) . Hver underbærebølge moduleres med et konventionelt modulationsskema (såsom kvadraturamplitudemodulation ) ved en lav symbolhastighed, hvilket bibeholder den samlede datahastighed som med konventionelle enkeltbærebølgemodulationsskemaer i samme båndbredde. I praksis opnås OFDM-signaler ved at anvende en invers FFT ( Fast Fourier Transform ). ).

Princippet om underbærerplacering

OFDM-signalet er dannet af harmoniske underbærebølger, som er fordelt i frekvens med lige store intervaller (i dette tilfælde taler vi om ækvidistant placering af underbærebølger). $N$$\Delta f$

Med et sådant arrangement af frekvenser opdeles det samlede frekvensbånd optaget af et OFDM-signal i underkanaler, hvis bredde er , hvor  er varigheden af ​​signalprøven, over hvilken FFT -operationen udføres (symbolinterval). $\Delta F$$N$${\displaystyle \Delta f=1/T_{s))$$T_{s}$

Hvis vi altså skriver udtrykket for frekvensintervallet mellem underbærere som , så svarer tilfældet til OFDM. $\Delta f=\alpha /T_{s}$$\alpha=1$

Det samlede frekvensbånd optaget af N OFDM ortogonale frekvensunderkanaler er beskrevet ved udtrykket: . ${\displaystyle \Delta F=N/T_{s))$

Fordele

Den største fordel ved OFDM i forhold til en enkelt bærer er dens evne til at modstå vanskelige kanalforhold. Bekæmp for eksempel højfrekvent dæmpning i lange kobberledere, smalbåndsstøj og frekvensselektiv dæmpning forårsaget af flervejsudbredelse uden brug af komplekse equalizerfiltre. Kanaludligning er forenklet på grund af det faktum, at OFDM-signalet kan ses som en flerhed af langsomt modulerede smalbåndssignaler snarere end som ét hurtigt moduleret bredbåndssignal. Den lave symbolrate gør det muligt at bruge et vagtinterval mellem symboler, som kan klare tidsspredning og eliminere inter-symbol interferens (ISI).

Ulemper ved OFDM

Betingelsen for ortogonalitet af underbærere forårsager udover disse fordele også en række ulemper ved OFDM-metoden :

• begrænset spektral effektivitet ved brug af en relativt bred båndbredde;
• umuligheden af ​​at manøvrere frekvensen af ​​underbærebølger til afstemning fra interferens koncentreret over spektret;
• følsomhed over for Doppler -frekvensskift, hvilket reducerer muligheden for at implementere højhastighedskommunikation med objekter i bevægelse.

Sender

Et OFDM-signal er summen af ​​flere ortogonale underbærebølger , på hvilke de data, der transmitteres ved hovedfrekvensen, uafhængigt moduleres ved hjælp af en af ​​modulationstyperne (BPSK, QPSK, 8-PSK, QAM, etc.). Radiofrekvensen moduleres så af dette sumsignal.

$s[n]$ er en seriel strøm af binære cifre. Før den inverse hurtige Fourier-transformation (FFT) konverteres denne strøm først til N parallelle strømme, hvorefter hver af dem afbildes til en symbolstrøm ved hjælp af en fase (BPSK, QPSK, 8-PSK) eller amplitude-fase- kvadraturmodulation ( QAM) procedure. Ved brug af BPSK-modulation opnås en strøm af binære tal (1 og -1) med QPSK, 8-PSK, QAM - en strøm af komplekse tal. Da strømmene er uafhængige, kan modulationsmetoden og derfor antallet af bits pr. symbol i hver strøm være forskellig. Derfor kan forskellige streams have forskellige bithastigheder. For eksempel er linjens båndbredde 2400 baud (tegn pr. sekund), og den første stream arbejder med QPSK (2 bits pr. symbol) og transmitterer 4800 bps, og den anden fungerer med QAM-16 (4 bit pr. symbol) og sender 9600 bps med.

Den omvendte FFT beregnes for N samtidigt ankommende symboler, der producerer det samme sæt af komplekse tidsdomæneeksempler ( tidsdomænesamples ). Dernæst konverterer digital-til-analog konvertere (DAC'er) de reelle og imaginære komponenter separat til analog form, hvorefter de modulerer henholdsvis RF cosinusbølgen og sinusoiden. Disse signaler summeres yderligere og giver det transmitterede signal s(t) .

Modtager

Modtageren modtager et signal r(t) , udtrækker cosinus ( cos ) og sinus ( sin ) kvadraturkomponenter fra det ved at gange r(t) med og - og lavpasfiltre , der frafiltrerer oscillationer i båndet omkring . De resulterende signaler digitaliseres derefter ved hjælp af analog-til-digital-konvertere (ADC), der udsættes for direkte hurtig Fourier-transformation (FFT). Resultatet er et signal i frekvensdomænet. $\cos(2\pi f_{c}t)$$\sin(2\pi f_{c}t)$${\displaystyle 2f_{c))$

Nu er der N parallelle strømme, som hver konverteres til en binær sekvens ved hjælp af en given fasemodulationsalgoritme (når den bruges i en BPSK, QPSK, 8-PSK transmitter) eller amplitude-fase kvadraturmodulation (når den bruges i en QAM transmitter) . Ideelt set får du en bitstrøm svarende til den bitstrøm, som senderen sendte.

Ansøgning

Kablet kommunikation

• ADSL og VDSL
• DVB-C2 , en forbedret version af DVB-C digital kabel-tv- standard
• PLC HomePlug AV , dataoverførsel over elledninger

Trådløs

• trådløse kommunikationssystemer IEEE 802.11 og HIPERLAN/2 standarder ;
• jordbaserede digitale tv -systemer DVB-T , DVB-T2 og ISDB-T ;
• jordbaserede mobil-tv-systemer DVB-H , DVB-T2 , T-DMB , ISDB-T og MediaFLO ;
• DRM digitalt udsendelsessystem ;
• trådløse kommunikationssystemer af Flash-OFDM- standarden ;
• trådløse kommunikationssystemer af LTE- standarden ;
• trådløse kommunikationssystemer af IEEE 802.16 (WiMAX) standarden;
• trådløse kommunikationssystemer af IEEE 802.20 , IEEE 802.16e (Mobile WiMAX) og WiBro standarder ;
• trådløse kommunikationssystemer i IEEE 802.15.3a- standarden .

Se også

• N-OFDM
• COFDM
• MS5
• OFDMA ( Orthogonal Frequency-Division Multiple Access ) er en metode til at sikre transmission af information til mange brugere i ét radiospektrum, baseret på OFDM-teknologi; bruges i 3GPP LTE og Wi-Fi 6 teknologier .
• Frekvensdelingskanaler

Litteratur

• Vladimir Lebedev. OFDM-modulation i radiokommunikation // Radioamatør. - 2008. - Nr. 9 . - S. 36-40 .
• Bakulin M. G., Kreindelin V. B., Shloma A. M., Shumov A. P. OFDM-teknologi. Lærebog for universiteter. - M. : Hotline - Telecom, 2015. - 360 s. — ISBN 978-5-9912-0549-8 .

Links

• Hvorfor WiMax og LTE bruger OFDM // Sudo Null IT News